JPH0719034A - 通電加熱式触媒 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 触媒を部分加熱すると共に酸化反応熱が外部
に逃げないようにする。 【構成】 金属製薄板と金属製波形板の積層構造体から
なる通電加熱式触媒９を上流側触媒１４と下流側触媒１
５とにより形成する。上流側触媒１４の外周部を電極１
９に接続し、上流側触媒１４から積層構造体中心部１３
を経て下流側触媒１５へと電流を流す。このとき上流側
触媒１４の上流側端面近傍に位置する発熱領域２７のみ
を部分的に発熱させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は通電加熱式触媒に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】排気ガス中の有害成分を浄化するための
触媒は活性化温度以上にならないと浄化作用を発揮せ
ず、従って機関始動後早期に触媒による浄化作用を開始
させるためには触媒をできるだけ早く活性化温度まで上
昇させる必要がある。そこで触媒を担持した金属製薄板
と金属製波形板の積層構造体を排気通路内に配置し、積
層構造体に電流を流すことにより積層構造体全体を発熱
させて積層構造体により担持された触媒を短時間のうち
に活性化温度まで上昇させるようにした通電加熱式触媒
が公知である（特開平３−２４６３１５号公報参照）。

【０００３】ところがこのような積層構造体では積層構
造体の一部の領域の触媒が活性化温度に達して未燃Ｈ
Ｃ，ＣＯ等の酸化反応が開始されるとその酸化反応熱に
よって短時間のうちに積層構造体全体の触媒が活性化温
度に達する。従ってこのような積層構造体において触媒
全体を活性化温度まで短時間のうちに上昇させるには積
層構造体の一部の温度のみを早期に上昇させれば十分で
あり、従って上述の通電加熱式触媒のように積層構造体
全体を発熱させることは電力を無駄に消費するだけで意
味のないことになる。

【０００４】ところで未燃ＨＣ，ＣＯ等の酸化反応は触
媒と接触する排気ガス量が多いほど活発となり、それに
伴なって発生する酸化反応熱も大きくなる。従って積層
構造体の一部を発熱せしめることによって触媒全体を早
期に活性化温度まで上昇させるためには流通する排気ガ
ス量が多い積層構造体部分を発熱させることが好ましい
ことになる。この場合、流通する排気ガス量が最も多い
積層構造体部分は排気通路の中央部に位置する積層構造
体の中央部であると考えられる。

【０００５】そこで積層構造体の中央部を局所的に発熱
させるために積層構造体の中心部に中心電極を配置し、
この中心電極から積層構造体の中央部に電流を供給して
積層構造体の中央部のみを発熱させるようにした通電加
熱式触媒が公知である（特開昭４８−５４３１２号公報
参照）。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながらこのよう
に中心電極を設けてこの中心電極から積層構造体の中央
部のみを発熱させるようにすると未燃ＨＣ，ＣＯの酸化
反応が開始されたときに酸化反応熱が中心電極を介して
外部に逃げ、斯くして触媒全体が活性化温度に達するの
に時間を要するという問題がある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに本発明によれば、機関排気通路内に配置された通電
加熱式触媒において、触媒の外周部から触媒の中心部を
通って再び触媒の外周部に至る電流路を形成し、この電
流路に沿う一部の触媒領域のみを発熱領域とすると共に
残りの触媒領域を実質的に発熱しない非発熱領域として
いる。

【０００８】更に本発明によれば上記問題点を解決する
ために、触媒の外周部から触媒の中心部に向けて延びる
絶縁領域を触媒内に形成してこの絶縁領域の周りに電流
路を形成し、絶縁領域に対して上流側に位置する触媒部
分の少くとも一部を発熱領域とすると共に絶縁領域に対
して下流側に位置する触媒部分を実質的に発熱しない非
発熱領域としている。

【０００９】

【作用】第１番目の発明では触媒の外周部から供給され
た電流によって発熱すべき触媒領域が局所的に通電加熱
される。第２番目の発明では上流側に位置する触媒部分
が通電加熱され、この触媒部分における酸化反応熱が排
気ガスにより下流側に位置する触媒部分に運ばれて下流
側の触媒部分が加熱される。

【００１０】

【実施例】図１を参照すると、１は機関本体、２は排気
マニホルド、３は触媒コンバータ、４は排気管、５は必
要に応じて設けられる２次空気供給装置を夫々示し、２
次空気供給装置５は機関駆動のエアポンプ６と、排気マ
ニホルド２内に供給すべき２次空気量を制御する制御弁
７から構成される。触媒コンバータ３のケーシング９内
には通電加熱式触媒９が配置され、通電加熱式触媒９下
流のケーシング８内には三元触媒からなる主触媒１０が
配置される。

【００１１】図２は触媒コンバータ３内に配置された通
電加熱式触媒９の第１実施例を示している。この通電加
熱式触媒９は図３に示されるように抵抗体からなる金属
製薄板１１と抵抗体からなる金属製薄板１２とを中心軸
線回りで交互に巻設した積層構造体からなる。この積層
構造体は図２からわかるように共通の積層構造体中心部
１３と、積層構造体中心部１３の上流側において積層構
造体中心部１３から半径方向外方に向けてケーシング８
の内周面近傍まで延びる上流側積層構造体１４と、積層
構造体中心部１３の下流側において積層構造体中心部１
３から半径方向外方に向けてケーシング８の内周面まで
延びる下流側積層体１５とにより構成される。これら上
流側積層構造体１４および下流側積層構造体１５は半径
方向の全長に亘ってほぼ一様な軸方向巾を有するディス
ク状をなしており、上流側積層構造体１４と下流側積層
構造体１５間には積層構造体中心部１３の外周面から外
方に向けて延びるディスク状の絶縁空間１６が形成され
る。

【００１２】上流側積層構造体１４の外周部は金属製筒
状体１７の内周面上に溶接固定され、この金属製筒状体
１７は絶縁体１８を介してケーシング３の外方に突出す
る電極１９に連結される。一方、下流側積層構造体１５
の外周部はケーシング３の内周面に溶接固定される。図
１に示されるように電極１９はスイッチ２０を介して電
源２１のプラス側に接続され、電源２１のマイナス側は
ケーシング８に接続される。

【００１３】積層構造体中心部１３、上流側積層構造体
１４および下流側積層構造体１５を構成する金属製薄板
１１および金属製波形板１２の両面は電気絶縁体である
酸化アルミナ層によって覆われており、更にこれら金属
製薄板１１および金属製波形板１２の両面上には三元触
媒粒子が担持されている。従って積層構造体は触媒の役
目を果しており、従って以下上流側積層構造体１４を上
流側触媒と称し、下流側積層構造体１５を下流側触媒と
称する。

【００１４】上述したように金属製薄板１１および金属
製波形板１２の両面は電気絶縁体からなる酸化アルミナ
層によって覆われているのでスイッチ２０をオンにする
と電流が金属製筒状体１７から金属製薄板１１および金
属製波形板１２内を円周方向に流れて積層構造体中心部
１３に達し、次いで下流側触媒１５を構成する金属製薄
板１１および金属製波形板１２内を円周方向に流れてケ
ーシング３に達する。このとき前述したように金属製薄
板１１および金属製波形板１２は抵抗体からなるので積
層構造体全体が発熱することになる。しかしながら本発
明では積層構造体全体を発熱させるのではなく積層構造
体の一部のみを部分的に発熱させるために、図２に示す
第１実施例では上流側触媒１４の一部のみを部分的に発
熱させるために特別の処理が施こされており、次にこの
特別の処理について説明する。

【００１５】即ち、図２においてドットで示される下流
側触媒１５の両端面部分２２，２３は図４（Ｂ）に示さ
れるように金属製薄板１１の端面部分と金属製波形板１
２の端面部分との相互に接触する部分２４が放電加工に
より互いに溶融せしめられる。このように接触部分２４
を溶融せしめると酸化アルミナ層が破壊されるために互
いに隣接する金属製薄板１１と金属製波形板１２とが短
絡し、従って電流はこれら短絡部分を通って下流側触媒
１５内を半径方向に流れることになる。この場合、電流
は短絡部分から隣接する短絡部分に流れる間に金属製薄
板１１および金属製波形板１２内を流れるがこの距離は
短かく、従って下流側触媒１５は半径方向に実質的にほ
とんど抵抗のない導通状態となる。従って下流側触媒１
５は実質的に発熱しないことになる。

【００１６】一方、図２においてドットで示される上流
側触媒１４の外周部の両端面部分２５および上流側触媒
１４の中央部の両端面部分２６も図４（Ｂ）に示される
ように互いに接触する部分２４が放電加工により互いに
溶融されている。従って上流側触媒１４の外周部および
中央部も半径方向に実質的にほとんど抵抗のない導通状
態となり、従って上流側触媒１４の外周部および中央部
も実質的に発熱しないことになる。

【００１７】これに対して図２および図３において破線
２７により囲まれた領域では金属製薄板１１および金属
製波形板１２を巻設する際に図４において符号２８で示
すように金属製薄板１１と金属製波形板１２の接触部分
のうちの一部分がレーザビームを用いて互いに接合され
る。このようなレーザビームによる接合部分２８は図３
にされるように一様に分散して形成される。このように
レーザビームを用いて金属製薄板１１と金属製波形板１
２とを互いに接合するとこの接合部分２８の酸化アルミ
ナ層が破壊されて金属製薄板１１と金属製波形板１２と
が導通すると共にこの接合部分２８の抵抗値はかなり小
さくなる。そのために接合部分２８内を流れる電流量の
方が金属製薄板１１および金属製波形板１２内を円周方
向に流れる電流量よりもはるかに多くなる。その結果、
接合部分２８の抵抗値は小さくても発生するジュール熱
は金属製薄板１１および金属製波形板１２において発生
するジュール熱よりもはるかに大きくなり、従って上流
側触媒１４に電流を流すと接合部分２８が発熱すること
になる。

【００１８】このように図２に示す積層構造体に電流を
流すと破線２７で囲まれた領域のみが発熱することにな
り、残りの領域は実質的に発熱しないことになる。図２
からわかるように発熱領域２７は上流側触媒１４の上流
側端面からわずかばかり奥まったところに形成されてい
るがこの発熱領域２７を上流側触媒１４の上流側端面に
形成することもできる。いずれにしても図２に示される
第１実施例ではスイッチ２０がオンにされると上流側触
媒１４の外周部と中央部を除く上流側端面の中間部分に
位置する発熱領域２７がドーナツ状に発熱することにな
る。

【００１９】図２に示す通電加熱式触媒９は例えば機関
が始動するや否や通電が開始される。通電が開始される
と発熱領域２７が発熱して発熱領域２７の三元触媒の温
度が短時間のうちに活性化温度まで上昇する。機関始動
後暫らくの間混合気がリッチにされる場合には機関から
多量の未燃ＨＣ，ＣＯが排出されるが排気ガス中の酸素
濃度は極めて低く、従ってこの場合には三元触媒が活性
化温度に達しても未燃ＨＣ，ＣＯの酸化作用はほとんど
行われない。従って機関始動後暫らくの間混合気がリッ
チにされる場合には未燃ＨＣ，ＣＯの酸化作用を開始さ
せるために三元触媒が活性化温度に達するや否や２次空
気供給装置５から２次空気が供給される。

【００２０】２次空気が供給されて発熱領域２７におい
て未燃ＨＣ，ＣＯの酸化反応が開始されるとこの未燃Ｈ
Ｃ，ＣＯの酸化反応による酸化反応熱は極めて大きく、
従って未燃ＨＣ，ＣＯの酸化反応が開始されると排気ガ
スによる加熱作用も手伝って上流側触媒１４全体が短時
間のうちに活性化温度に達する。上流側触媒１４の温度
が上昇すると上流側触媒１４の熱が排気ガスにより運ば
れて下流側触媒１５に伝達され、斯くして下流側触媒１
５も温度上昇して活性化温度に達する。従って機関始動
後短時間のうちに上流側触媒１４および下流側触媒１５
において未燃ＨＣ，ＣＯの浄化作用が開始されることに
なる。

【００２１】このように上流側触媒１４において酸化反
応が開始されると上流側触媒１４は酸化反応熱によって
温度上昇を開始するので通電加熱式触媒９への通電が停
止される。次いで暫らくすると主三元触媒１０も活性化
温度に達し、主三元触媒１０においても未燃ＨＣ，ＣＯ
の浄化作用が開始される。なお、機関始動直後のファス
トアイドリング運転時は排気ガス量が少なく、このとき
機関から排出される未燃ＨＣ，ＣＯは通電加熱式触媒９
のみによって十分に浄化しうる。その後車両が走行を開
始する頃には主三元触媒１０が活性化温度に達している
のでこのときには主に主三元触媒１０において排気ガス
の浄化作用が行われる。

【００２２】なお、機関始動直後から混合気がリーン或
いは理論空燃比にされるときには排気ガス中に十分な酸
素が存在するので２次空気供給装置５を設ける必要はな
い。また、機関始動直後から未燃ＨＣ，ＣＯの酸化作用
を開始させる場合には機関始動前から通電加熱式触媒９
を通電加熱すればよい。ところで未燃ＨＣ，ＣＯの酸化
反応は未燃ＨＣ，ＣＯの量の多い領域、即ち通電加熱式
触媒９内を流通する排気ガス量が多い領域で活発に行わ
れる。触媒コンバータ３内においては排気ガスの流通量
は周辺部よりも中央部の方が多く、従って上流側触媒１
４ではその周辺部よりも中央部において未燃ＨＣ，ＣＯ
の酸化反応が活発が行われる。従って上流側触媒１４で
はその周辺部よりも中央部において多くの酸化反応熱が
発生し、この酸化反応熱を外部に逃すことなく下流側触
媒１５の加熱に用いることができることが好ましい。本
発明では酸化反応熱の発生量の少ない上流側触媒１４の
外周部に電極１９が接続されており、従って電極１９を
介して外部に逃げる酸化反応熱は極めて少ない。従って
上流側触媒１４において発生する酸化反応熱の大部分を
下流側触媒１５の加熱のために用いることができ、斯く
して通電加熱式触媒９全体を短時間のうちに活性化温度
まで上昇させることができることになる。また、電極１
９が上流側触媒１４に流入する排気ガスの障害とならな
いので上流側触媒１４の中央部全体で早期に未燃ＨＣ，
ＣＯの酸化反応を開始することができる。

【００２３】また、通電加熱式触媒９において良好な浄
化作用を行うには通電加熱式触媒９が一定以上の表面積
を有することが必要であり、そのためには通電加熱式触
媒９は一定以上の軸方向長さを有することが必要とな
る。この場合、一定以上の軸方向長さを確保しつつ絶縁
空間１６を隔てて通電加熱式触媒９を上流側触媒１４と
下流側触媒１５に分離すると次のような利点がある。

【００２４】即ち、まず第１に電力消費量を低減するた
めには通電加熱式触媒９の全体の抵抗値を大きくする必
要があり、本発明におけるように通電加熱式触媒９の一
部を局所的に発熱せしめるようにした場合には発熱せし
められる部分の抵抗値を大きくする必要がある。ところ
でこの場合、図２に示されるように通電加熱式触媒９を
上流側触媒１４と下流側触媒１５とに分離すると上流側
触媒１４の周辺部と中央部以外の発熱領域の軸方向巾は
狭くなり、従って上流側触媒１４の発熱領域の抵抗値を
大きくすることができることになる。その結果、通電加
熱式触媒９を通電加熱するために必要な電力の消費量を
低減することができることになる。

【００２５】第２に通電加熱式触媒９を通電加熱すると
通電加熱式触媒９とケーシング３との間で大きな熱膨張
差が生じ、この場合通電加熱式触媒９とケーシング３と
の接合部の軸方向長さが長いとこの接合部には軸方向の
向きの大きな剪断力が発生する。ところが図２に示され
るように通電加熱式触媒９を上流側触媒１４と下流側触
媒１５とに分離するとケーシング３と接合せしめられる
のは下流側触媒１５の外周部だけとなり、斯くして通電
加熱式触媒９とケーシング３との接合部の軸方向長さを
短かくすることができる。その結果、下流側触媒１５と
ケーシング３との接合部に発生する軸方向の向きの剪断
力が小さくなり、従ってこの接合部が破損するのを回避
することができることになる。

【００２６】また、排気ガスは排気通路内を流れる間に
次第に温度低下し、従って上流側触媒１４の上流側端面
が排気ガスによって最も温度上昇する。従って上流側触
媒１４の上流側端面を発熱させれば他の領域を発熱させ
た場合に比べて最も短い時間で通電加熱式触媒９の一部
を活性化温度まで上昇させることができる。従って図２
に示されるように第１実施例においては上流側触媒１４
の上流側端面近傍に発熱領域２７を設けるようにしてい
る。なお、この場合、前述したように上流側触媒１４の
上流側端面に発熱領域２７を形成することもできる。

【００２７】また、金属製薄板１１と金属製波形板１２
とを中心軸周りに交互に巻設した積層構造体では互いに
隣接する金属製薄板１１と金属製波形板１２とが互いに
拘束されていないと互いに隣接する金属製薄板１１と金
属製波形板１２とが軸方向に相対移動してしまい、その
結果望遠鏡の伸縮式内筒のように積層構造体の中央部が
軸方向に突き出してしまう。しかしながら図２に示され
るように第１実施例においては下流側触媒１５の両端面
部分２２，２３および上流側触媒１４の周辺部および中
心部の両端面部分２５，２６において互いに隣接する金
属製薄板１４と金属製波形板１５とが放電加工により強
固に結合されており、また上流側触媒１４の発熱領域２
７においても隣接する金属製薄板１１と金属製波形板１
２とが部分的にではあるがレーザビームを用いて互いに
結合されているので積層構造体の中央部が軸方向に突き
出てしまうという危険性はない。

【００２８】図５から図３３は図２に示す通電加熱式触
媒９に変更を加えた種々の実施例を示しており、次にこ
れらの種々の実施例について順次説明する。なお、図５
から図３３に示す各実施例において図２に示す第１実施
例と同様な構成要素は同一の符号で示す。図５に示され
る第２実施例では電極１９が金属製筒状体１７の外周面
から上流側触媒１４の半径方向外方に向けてまっすぐに
延びている。このような電極１９を用いると電極１９の
熱容量が小さくなり、斯くして電極１９を介して外部に
逃げる熱量を低減することができる。

【００２９】図６に示される第３実施例では上流側触媒
１４と下流側触媒１５間の断熱空間１６の軸方向巾がか
なり大きくされる。このように断熱空間１６の軸方向巾
を大きくすると上流側触媒１４を通過した排気ガスが絶
縁空間１６内を流れる間に半径方向において互いに混合
せしめられ、下流側触媒１５に流入する排気ガス量およ
び排気ガス温が均一化される。その結果、下流側触媒１
５は短時間のうちに全体が活性化温度に達し、下流側触
媒１５の全体において一様に未燃ＨＣ，ＣＯの酸化作用
が行われる。

【００３０】図７に示される第４実施例では下流側触媒
１５が図１に示す主触媒１０の役目を果すように下流側
触媒１５の軸方向長さが大巾に長くされる。従ってこの
第４実施例では図１に示す主触媒１０を別個に設ける必
要がなくなる。図８に示される第５実施例でも図７に示
される第４実施例と同様に下流側触媒１５が図１に示す
主触媒１０の役目を果すように下流側触媒１５の軸方向
長さが大巾に長くされる。しかしながらこの第５実施例
では第４実施例と異なって下流側触媒１５の外径がケー
シング８の内径よりも小さく形成され、下流側触媒１５
は帯状をなす複数個の応力吸収板３０によってケーシン
グ１０により支持されている。これらの応力吸収板３０
は下流側触媒１５の周りに等角度間隔で隣接する応力吸
収板３０同志が互いに密着するように配置されており、
各応力吸収板３０の上流端が下流側触媒１５の外周面の
上流端に溶接固定されると共に各応力吸収板３０の下流
端がケーシング８の内周面上に溶接固定される。このよ
うな応力吸収板３０を用いると下流側触媒１５の温度が
高くなったときに下流側触媒１５は半径方向および軸方
向に自由に膨張することができるようになり、斯くして
下流側触媒１５内に大きな応力が発生するのを阻止する
ことができる。

【００３１】図９および図１０に示される第６実施例で
は上流側触媒１４の発熱領域２７が上流側触媒１４の上
半分の領域内にのみ形成されている。即ち、ケーシング
８内の排気ガスの速度分布はケーシング８上流の排気通
路の形状の影響を受けて例えば図９においてＳで示され
るような速度分布となる場合がある。このような場合に
は上流側触媒１４全体の温度を活性化温度まで上昇させ
ても大部分の未燃ＨＣ，ＣＯの酸化反応は上流側触媒１
４に流入する排気ガス量の多い上流側触媒１４の上半分
の領域で行われ、従って大部分の酸化反応熱は上流側触
媒１４の上半分の領域で発生することになる。このよう
な場合には上流側触媒１４の下半分を発熱しても上流側
触媒１４の下半分の領域ではほとんど酸化反応熱が発生
しないために上流側触媒１４の下半分を発熱させても電
力を消費するだけであまり意味がないことになる。従っ
て図９および図１０では電力を有効に利用するために上
流側触媒１４内に流入する排気ガス量の多い上流側触媒
１４の上半分の領域内のみに発熱領域２７を形成してい
る。

【００３２】図１１に示される第７実施例では下流側触
媒１５の軸方向中央領域の金属製薄板１１と金属製波形
板１２上に排気ガス案内用の多数のルーバ３１が形成さ
れている。図１２（Ａ）は図１１の鎖線で囲まれた領域
Ａの拡大図を示しており、図１２（Ｂ）は図１２（Ａ）
の正面図を示している。図１２からわかるように領域Ａ
では金属製薄板１１および金属製波形板１２の一部が下
方に切り起されて各ルーバ３１が形状されており、従っ
て領域Ａでは排気ガスは各ルーバ３１によりその流れ方
向が矢印Ｘで示すように半径方向外方に偏向せしめられ
る。

【００３３】一方、図１１の鎖線で囲まれた領域Ｂでは
金属製薄板１１および金属製波形板１２の一部が図１２
（Ａ）および（Ｂ）とは逆方向に向けて上方に切り起さ
れており、従って領域Ｂでは排気ガスの流れ方向が各ル
ーバ３１により矢印Ｙで示すように半径方向内方に偏向
せしめられる。また、これらの各ルーバ３１は下流側触
媒１５の軸線に関して対称的な形状を有する。従ってこ
の第７実施例では上流側触媒１４の発熱領域２７におい
て酸化反応熱により昇温された排気ガスが下流側触媒１
５の全体に拡散され、従って下流側触媒１５全体を短時
間のうちに活性化温度まで上昇させることができると共
に下流側触媒１５全体において未燃ＨＣ，ＣＯの良好な
酸化反応を行うことができる。

【００３４】図１３に示す第８実施例では発熱領域２７
が上流側触媒１４の下流側端面近傍に形成され、上流側
触媒１４の上流側端面から発熱領域２７間の金属製薄板
１１および金属製波形板１２上には図１１に示すルーバ
３１と同様な形状の多数のルーバ３１が形成されてい
る。なお、この第８実施例では領域Ａのルーバ３１は排
気ガスの流れ方向が半径方向外方Ｘに偏向されるように
形成されており、領域Ｂのルーバ３１は排気ガスの流れ
方向が半径方向内方Ｙに偏向されるように形成されてお
り、各ルーバ３１は上流側触媒１４の軸線に対して対称
的な形状を有する。従ってこの第８実施例では上流側触
媒１４に流入した排気ガスが発熱領域２７に集められ、
斯くして排気ガスの加熱作用により発熱領域２７の温度
を急速に活性化温度まで上昇することができると共に活
性化温度に達した後は大きな酸化反応熱が発生するので
通電加熱式触媒９全体を短時間のうちに活性化温度まで
上昇させることができる。

【００３５】図１４に示す第９実施例では上流側触媒１
４の軸方向巾が発熱領域２７において小さくなるように
断熱空間１６の断面形状がくの字形に形成される。この
ようにすると発熱領域２７周りの熱容量が小さくなり、
斯くして発熱領域２７が活性化温度に達するまでの時間
を短縮することができる。図１５に示す第１０実施例で
は上流側触媒１４の軸方向巾が半径方向外方に向けて次
第に狭くなるように絶縁空間１６が斜めに延設される。
このようにすると電極１９に向けて逃げる熱の放熱路の
断面積が小さくなるために電極１９を介して外部に逃げ
る熱量が少なくなり、斯くして発熱領域２７が活性化温
度に達するまでの時間を短縮することができる。

【００３６】図１６に示す第１１実施例では上流側触媒
１４の軸方向巾が半径方向内方に向けて次第に狭くなる
ように絶縁空間１６が斜めに延設される。このようにす
ると積層構造体中心部１３に向けて逃げる熱の放熱路の
断面積が小さくなるために積層構造体中心部１３へ逃げ
る熱量が少なくなり、斯くして発熱領域２７が活性化温
度に達するまでの時間を短縮することができる。

【００３７】図１７に示す第１２実施例では上流側触媒
１４の軸方向巾を放熱領域２７の中央部から半径方向外
方および半径方向内方の双方に向けて次第に狭くなるよ
うに絶縁空間１６の断面形状がくの字形に形成される。
このようにすると電極１９を介して外部に逃げる熱量お
よび積層構造体中心部１３へ逃げる熱量のいずれもが小
さくなるために発熱領域２７が活性化温度に達するまで
の時間を一層短縮することができる。

【００３８】図１８に示す第１３実施例では発熱領域２
７の中心部が上流側に突き出すように上流側触媒１４の
上流側端面の断面形状が三角形状とされる。前述したよ
うに排気ガスは排気通路内を流れる間に次第に温度低下
し、従って発熱領域２７の温度上昇を促進するためには
発熱領域２７をできる限り上流に位置せしめた方がよい
ことになる。そこでこの第１３実施例では発熱領域２７
が形成されている上流側触媒１４の上流側端面部分を上
流側に突き出すようにしている。

【００３９】図１９に示す第１４実施例でも図１８に示
す第１３実施例と同様に発熱領域２７が形成されている
上流側触媒１４の上流側端面部分が上流側に突き出され
ているが更にこの第１４実施例ではケーシング３の中心
を流れる排気ガス流を発熱領域２７の方に偏向させて、
即ち排気ガスをできるだけ発熱領域２７に集めて発熱領
域２７を温度をできるだけ早く上昇させるために円錐状
先端部を有する排気ガスガイドピン３２が通電加熱式触
媒９の中心軸線上に取付けられている。

【００４０】図２０に示す第１５実施例では発熱領域２
７をできるだけ上流側に位置せしめて温度の高い排気ガ
スが発熱領域２７に流入するように上流側触媒１４の上
流側端面が上流側に向けて突出した円錐形をなしてい
る。図２１に示す第１６実施例では通電加熱式触媒９の
上半分の領域のみに上流側触媒１４が設けられており、
発熱領域２７の中心部が最も上流側に位置するように上
流側触媒１４の上流側端面の断面形状が三角形状とされ
る。この第１６実施例ではケーシング８内における排気
ガスの速度分布が図２１の矢印Ｓで示される場合のよう
に片寄っている場合でも大部分の排気ガスが発熱領域２
７に流入するように排気ガスの流通量が多い領域に上流
側触媒１４が配置されている。

【００４１】図２２に示す第１７実施例では発熱領域２
７の中心部が最も下流側に位置するように発熱領域２７
周りの上流側触媒１４の上流側端面がＶ字形に凹まされ
ている。このようにすると排気ガスが発熱領域２７に集
まるので発熱領域２７の温度上昇を促進することができ
る。図２３に示す第１８実施例では排気ガスを発熱領域
２７に集めて発熱領域２７の温度上昇を促進するために
上流側触媒１４の上流側端面が凹状をなす円錐状に形成
されている。更にこの第１８実施例では下流側触媒１５
の外周部とケーシング８間の接合部に発生する剪断力を
低下させるために下流側触媒１５の周辺部に環状空間１
６ａが形成されており、この環状空間１６ａに面する下
流側触媒１５の端面部分２２ａ，２３ａが放電加工によ
り溶融結合されている。

【００４２】図２４に示す第１９実施例でも図２３に示
す第１８実施例と同様に上流側触媒１４の上流側端面が
凹状をなす円錐状に形成されているが更にこの第１９実
施例では下流側触媒１５が図１に示す主触媒１０の役目
を果すように下流側触媒１５の軸方向長さが大巾に長く
されている。図２５はケーシング８がＬ字形に屈曲して
いる場合に適した通電加熱式触媒９の第２０実施例を示
している。この場合には排気ガスが上流側触媒１４の全
領域、特に発熱領域２７に均一に流入するように上流側
触媒１４の上流側端面が通電加熱式触媒９の軸線に対し
て傾斜面とされている。

【００４３】図２６および図２７はケーシング８が一対
の排気ガス流入口３３ａ，３３ｂを具えている場合に適
している通電加熱式触媒９の第２１実施例を示してい
る。この第２１実施例では各排気ガス流入口３３ａ，３
３ｂから流入した排気ガスが最も流入する上流側触媒１
４の部分、即ち各排気ガス流入口３３ａ，３３ｂに対面
した上流側触媒１４の部分に夫々発熱領域２７が形成さ
れている。

【００４４】図２８は並列配置された一対の触媒コンバ
ータ３ａ，３ｂを具えている場合に適した通電加熱式触
媒９の第２２実施例を示している。この第２２実施例で
は各触媒コンバータ３ａ，３ｂ内に上流側触媒１４と下
流側触媒１５からなる通電加熱式触媒９が夫々配置され
ているが各上流側触媒１４の金属製筒状体１７に対して
共通の電極１９が用いられている。

【００４５】図２９から図３１に夫々示す各実施例は絶
縁空間１６を隔てて上流側触媒１４と下流側触媒１５が
設けられているという点では図２に示す実施例と基本的
に同じであるが図２９から図３１に示す各実施例では下
流側触媒１５が図１に示す主触媒１０の役目を果してお
り、更に金属製薄板１１と金属製波形板１２との接合方
法が図２に示す実施例とは若干異なっている。

【００４６】即ち、図２９から図３１に示す実施例では
下流側触媒１５の金属製薄板１１と金属製波形板１２は
それらの両側面に酸化アルミナ層からなる電気絶縁層を
形成することなく中心軸周りに交互に巻設されている。
従ってこれらの実施例では下流側触媒１５内を電流が半
径方向に流れ、斯くして下流側触媒１５は実質的に発熱
しないことになる。また、これらの実施例では下流側触
媒１５を構成している金属製薄板１１と金属製波形板１
２のドットで示される上流側端面部分はロー付けにより
互いに接合されており、また下流側触媒１５のドットで
示される外周面領域４１はケーシング８の内周面上にロ
ー付けにより接合されている。更に下流側触媒１５と上
流側触媒１４とを橋絡する積層構造体中心部１３のドッ
トで示される外周部４２においても金属製薄板１１と金
属製波形板１２とがロー付けにより互いに接合されてい
る。

【００４７】これまで説明してきた下流側触媒１５の構
造と積層構造体中心部１３の構造は図２９から図３１に
示す各実施例において同じであるが上流側触媒１４の構
造が各実施例において若干異なる。従って各実施例にお
ける上流側触媒１４の構造について順次説明する。第２
３実施例を示す図２９を参照するとこの実施例では上流
側触媒１４の金属製薄板１１と金属製波形板１２もそれ
らの両側面に酸化アルミナ層からなる電気絶縁層を形成
することなく中心軸線周りに交互に巻設されており、従
ってこの実施例では上流側触媒１４内を電流が半径方向
に流れる。更にこの実施例では上流側触媒１４はその周
辺部に大きな軸方向長さを有する巾広部分１４ａを有
し、この巾広部分１４ａと積層構造体中心部１３との間
に小さな軸方向長さを有する巾狭部分１４ｂを形成して
いる。この巾狭部分１４ｂの金属製薄板１１と金属製波
形板１２はそれらの両面全体がロー付けにより互いに接
合されており、巾広部分１４ａの金属製薄板１１と金属
製波形板１２はドットで示される巾広部分１４ａの内周
部と下流側端面部分４３において互いにロー付けにより
接合されている。更に巾広部分４２ａのドットで示され
る外周部４４は電極１９に連結された金属製筒状体１７
にロー付けにより接合されている。

【００４８】この実施例では巾狭部分１４ｂの抵抗値が
他の部分に比べてかなり大きくなっており、従って通電
加熱式触媒９に通電すると巾狭部分１４ｂのみが実質的
に発熱することになる。従ってこの実施例では通電加熱
式触媒９に通電すると上流側触媒１４の周辺部と中心部
を除く環状中間部の上流側端面のみが発熱せしめられる
ことになる。

【００４９】図３０に示される第２４実施例を参照する
とこの実施例においても上流側触媒１４はその周辺部に
形成された巾広部分１４ａと、巾広部分１４ａおよび積
層構造体中心部１３間に形成された巾狭部分１４ｂとを
有する。また、この実施例においては巾広部分１４ａの
金属製薄板１１と金属製波形板１２はドットで示される
上流側端面部分４５において互いにロー付けにより接合
されている。なお、このロー付けによる接合は金属製薄
板１１および金属製波形板１２を中心軸線周りに巻設す
る際にロー付けすべき部分にロー材を塗布しておき、巻
設完了後積層構造体を加熱してロー材を溶融させること
によって行われる。

【００５０】また、この第２４実施例では金属製薄板１
１および金属製波形板１２を中心軸線周りに巻設する際
に巾狭部分１４ｂを構成する金属製薄板１１と金属製波
形板１２間には例えば紙のように加熱すると燃焼せしめ
られて金属製薄板１１と金属製波形板１２間に小さな間
隙を与える部材又は材料が挿入される。このような部材
又は材料を挿入しておくと巻設完了後積層構造体を加熱
したときにこのような部材又は材料が挿入されていた領
域内の金属製薄板１１と金属製波形板１２の全表面には
電気絶縁層となる酸化被膜が形成され、このような部材
又は材料を挿入しなかった領域の金属製薄板１１と金属
製波形板１２との接触面上には酸化被膜が形成されない
ことになる。従って図３０に示す実施例では巾狭部分１
４ｂの金属製薄板１１と金属製波形板１２の全表面に
は、電気絶縁層となる酸化被膜が形成され、巾広部分１
４ａおよび積層構造体中心部１３の金属製薄板１１と金
属製波形板１２の接触面には電気絶縁層となる酸化被膜
が形成されないことになる。

【００５１】従ってこの実施例では通電加熱式触媒９に
通電すると巾広部分１４ａは半径方向に電流が流れるた
めに実質的に発熱しないことになる。これに対して巾狭
部分１４ｂでは円周方向にしか電流が流れないためにこ
の巾狭部分１４ｂの抵抗値が他の部分と比べて大巾に大
きくなり、斯くしてこの巾狭部分１４ｂが発熱すること
になる。従ってこの実施例においても通電加熱式触媒９
に通電すると上流側触媒１４の周辺部と中心部を除く環
状中間部の上流側端面のみが発熱せしめられることにな
る。

【００５２】図３１に示す第２５実施例では上流側触媒
１４の全体が巾狭に形成される。この実施例では上流側
触媒１４の金属製薄板１１と金属製波形板１２が全体に
亘ってロー付けにより接合されており、従ってこの実施
例では通電加熱式触媒９に通電すると積層構造体中心部
１３を除く上流側触媒１４全体が発熱せしめられること
になる。図３２に第２６実施例を示す。この実施例では
共通の積層構造体１３の周りに上流側触媒５０と下流側
触媒５１と、上流側触媒５０と下流側触媒５１との間に
配置されかつ上流側触媒５０および下流側触媒５１から
夫々絶縁空間５２および５３を隔てて配置された中間触
媒５４とが形成されており、この中間触媒５４に発熱領
域２７が形成されている。なお、この実施例においても
ドットで示す領域は放電加工による接合領域を示してお
り、従ってこの実施例においては中間触媒５４の発熱領
域２７のみが実質的に発熱せしめられることになる。

【００５３】図３３に第２７実施例を示す。この実施例
では共通の積層構造体１３の周りに絶縁空間６０を隔て
て上流側触媒６１と下流側触媒６２とが形成され、下流
側触媒６２に発熱領域２７が形成されている。なお、こ
の実施例においてもドットで示す領域は放電加工による
接合領域を示しており、従ってこの実施例においては下
流側触媒６２の発熱領域２７のみが実質的に発熱せしめ
られることになる。

【００５４】図３２および図３３に示されるように発熱
領域２７を形成した触媒５４，６２は通電加熱式触媒９
内において必ずしも最も上流側に配置する必要はないが
第１実施例から第２５実施例に示すように通電加熱式触
媒９内において最も上流側に位置する上流側触媒１４に
発熱領域２７を形成すると発熱領域２７で発生した酸化
反応熱が排気ガス流に乗って下流側触媒１５に運ばれる
ので下流側触媒１５を短時間のうちに活性化温度まで上
昇させることができるという利点がある。

【００５５】

【発明の効果】通電加熱式触媒の一部を部分的に発熱さ
せるようにした場合において触媒の中心部に電極を配置
する必要がないので酸化反応熱が電極を介して外部に逃
げるのを抑制することができ、斯くして触媒全体を短時
間のうちに活性化温度まで上昇させることができる。ま
た、触媒を上流側触媒と下流側触媒とにより構成して上
流側触媒を発熱させるようにした場合には上流側触媒で
発生する熱が排気ガスにより下流側触媒に運ばれるので
下流側触媒を早期に活性化温度まで上昇させることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】機関排気通路を示す図である。

【図２】通電加熱式触媒の第１実施例の側面断面図であ
る。

【図３】図２のIII −III 線に沿ってみた上流側触媒の
断面図である。

【図４】金属製薄板と金属製波形板の接合方法を説明す
るための図である。

【図５】通電加熱式触媒の第２実施例を示す側面断面図
である。

【図６】通電加熱式触媒の第３実施例を示す側面断面図
である。

【図７】通電加熱式触媒の第４実施例を示す側面断面図
である。

【図８】通電加熱式触媒の第５実施例を示す側面断面図
である。

【図９】通電加熱式触媒の第６実施例を示す側面断面図
である。

【図１０】図９のIX−IX線に沿ってみた断面図である。

【図１１】通電加熱式触媒の第７実施例を示す側面断面
図である。

【図１２】金属製薄板および金属製波形板上に形成され
たルーバを説明するための図である。

【図１３】通電加熱式触媒の第８実施例を示す側面断面
図である。

【図１４】通電加熱式触媒の第９実施例を示す側面断面
図である。

【図１５】通電加熱式触媒の第１０実施例を示す側面断
面図である。

【図１６】通電加熱式触媒の第１１実施例を示す側面断
面図である。

【図１７】通電加熱式触媒の第１２実施例を示す側面断
面図である。

【図１８】通電加熱式触媒の第１３実施例を示す側面断
面図である。

【図１９】通電加熱式触媒の第１４実施例を示す側面断
面図である。

【図２０】通電加熱式触媒の第１５実施例を示す側面断
面図である。

【図２１】通電加熱式触媒の第１６実施例を示す側面断
面図である。

【図２２】通電加熱式触媒の第１７実施例を示す側面断
面図である。

【図２３】通電加熱式触媒の第１８実施例を示す側面断
面図である。

【図２４】通電加熱式触媒の第１９実施例を示す側面断
面図である。

【図２５】通電加熱式触媒の第２０実施例を示す側面断
面図である。

【図２６】通電加熱式触媒の第２１実施例を示す側面断
面図である。

【図２７】図２６に示される上流側触媒の正面図であ
る。

【図２８】通電加熱式触媒の第２２実施例を示す側面断
面図である。

【図２９】通電加熱式触媒の第２３実施例を示す側面断
面図である。

【図３０】通電加熱式触媒の第２４実施例を示す側面断
面図である。

【図３１】通電加熱式触媒の第２５実施例を示す側面断
面図である。

【図３２】通電加熱式触媒の第２６実施例を示す側面断
面図である。

【図３３】通電加熱式触媒の第２７実施例を示す側面断
面図である。

【符号の説明】

３…触媒コンバータ ９…通電加熱式触媒 １０…主触媒 １４，５０，６１…上流側触媒 １５，５１，６２…下流側触媒 １６，１６ａ，５２，５３，６０…絶縁空間 １９…電極

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｂ０１Ｊ 35/04 ３２１ Ａ 8017−4Ｇ Ｆ０１Ｎ 3/20 ＺＡＢ Ｈ (72)発明者 吉▲崎▼ 康二 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 吉永 融 愛知県西尾市下羽角町岩谷14番地 株式会 社日本自動車部品総合研究所内 (72)発明者 渡辺 聖彦 愛知県西尾市下羽角町岩谷14番地 株式会 社日本自動車部品総合研究所内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 機関排気通路内に配置された通電加熱式
   触媒において、触媒の外周部から触媒の中心部を通って
   再び触媒の外周部に至る電流路を形成し、該電流路に沿
   う一部の触媒領域のみを発熱領域とすると共に残りの触
   媒領域を実質的に発熱しない非発熱領域とした通電加熱
   式触媒。
2. 【請求項２】 触媒の外周部から触媒の中心部に向けて
   延びる絶縁領域を触媒内に形成して該絶縁領域の周りに
   上記電流路を形成し、該絶縁領域に対して上流側に位置
   する触媒部分の少くとも一部を発熱領域とすると共に該
   絶縁領域に対して下流側に位置する触媒部分を実質的に
   発熱しない非発熱領域とした通電加熱式触媒。